Question

1．廢棄物的綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護(hù)環(huán)境．實(shí)驗(yàn)室利用廢舊電池的銅帽（Cu、Zn總含量約為99%）回收 Cu并制備ZnO的部分實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

（1）①銅帽溶解時(shí)加入H₂O₂的目的是Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O （用化學(xué)方程式表示）．
②銅帽溶解完全后，需將溶液中過(guò)量的H₂O₂除去．除去H₂O₂的簡(jiǎn)便方法是加熱至沸．
（2）為確定加入鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，雜質(zhì)為鐵及其氧化物）的量，實(shí)驗(yàn)中需測(cè)定除去H₂O₂后溶液中Cu²⁺的含量．實(shí)驗(yàn)操作為：準(zhǔn)確量取一定體積的含有Cu²⁺的溶液于帶塞錐形瓶中，加適量水稀釋，調(diào)節(jié)溶液pH=3～4，加入過(guò)量的KI，用Na₂S₂O₃標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(diǎn)．上述過(guò)程中反應(yīng)的離子方程式如下：
2Cu²⁺+4I^-═2CuI（白色）↓+I₂ 2S₂O+I₂═2I^-+S₄O₆^2-
①滴定選用的指示劑為淀粉溶液，滴定終點(diǎn)觀察到的現(xiàn)象藍(lán)色褪去且30秒不恢復(fù)藍(lán)色．
②若滴定前溶液中的H₂O₂沒(méi)有除盡，所測(cè)定的Cu²⁺含量將會(huì)偏高（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．
（3）已知pH＞11時(shí)Zn（OH）₂能溶于NaOH溶液生成[Zn（OH）₄]^2-．下表列出了幾種離子生成氫氧化物沉淀的pH（開(kāi)始沉淀的pH按金屬離子濃度為1.0mol•L^-1計(jì)算）．

	開(kāi)始沉淀的pH	沉淀完全的pH
Fe3+	1.1	3.2
Fe2+	5.8	8.8
Zn2+	5.9	9

實(shí)驗(yàn)中可選用的試劑：30% H₂O₂、1.0mol•L^-1 HNO₃、1.0mol•L^-1 NaOH．
由除去銅的濾液制備ZnO的正確實(shí)驗(yàn)步驟依次為：⑤④①②③⑥
①過(guò)濾；                
②調(diào)節(jié)溶液pH約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全；
③過(guò)濾、洗滌、干燥；    
④調(diào)節(jié)溶液pH約為5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全；
⑤向?yàn)V液中加入適量30% H₂O₂，使其充分反應(yīng)；    
⑥900℃煅燒；
（4）Zn（OH）₂的溶度積常數(shù)為1.2×10^-17（mol•L^-1）³，當(dāng)Zn²⁺沉淀完全時(shí)，此時(shí)溶液中Zn²⁺的濃度為1.2×10^-7 mol•L^-1．

Answer 1

分析 利用廢舊電池的銅帽（Cu、Zn總含量約為99%）回收 Cu并制備ZnO，電池銅帽加入水過(guò)濾后除去溶于水的雜質(zhì)，在固體中加入過(guò)氧化氫溶解，銅生成硫酸銅溶液，加熱煮沸將溶液中過(guò)量的H₂O₂除去，加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液PH=2沉淀鐵離子，加入鋅灰（主要成分為Zn、ZnO，雜質(zhì)為鐵及其氧化物），反應(yīng)過(guò)濾得到海綿銅，沉淀鋅離子得到氫氧化鋅，分解得到氧化鋅；
（1）①酸性條件下Cu與過(guò)氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成硫酸銅和水；
②過(guò)氧化氫加熱到153℃便猛烈的分解；
（2）①根據(jù)淀粉與碘單質(zhì)作用變藍(lán)解答；
②根據(jù)H₂O₂+2I^-+2H⁺=I₂+2H₂O解答；
（3）滴加H₂O₂溶液，使Fe²⁺轉(zhuǎn)化完全為Fe³⁺，滴加NaOH溶液，形成氫氧化鐵沉淀，除雜后形成氫氧化鋅沉淀，過(guò)濾、洗滌、干燥900℃煅燒制得氧化鋅；
（4）Ksp=c（Zn²⁺）•c²（OH^-）來(lái)計(jì)算離子濃度．

解答 解：（1）①因?yàn)殡p氧水在酸性溶液中先把銅氧化成氧化銅，當(dāng)然這是一個(gè)微弱的反應(yīng)，形成一個(gè)平衡，但是形成的氧化銅馬上就會(huì)被稀硫酸溶解，平衡被打破，反應(yīng)朝正方向進(jìn)行，故而逐漸溶解，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
故答案為：Cu+H₂O₂+H₂SO₄=CuSO₄+2H₂O；
②過(guò)氧化氫性質(zhì)比較穩(wěn)定，若加熱到153℃便猛烈的分解為水和氧氣，將溶液中過(guò)量的H₂O₂ 除去可加熱至沸，
故答案為：加熱至沸；
（2）①淀粉溶液為指示劑，當(dāng)最后一滴Na₂S₂O₃溶液滴入時(shí)，溶液藍(lán)色褪去，半分鐘顏色不變，說(shuō)明滴定到達(dá)終點(diǎn)，
故答案為：淀粉溶液；藍(lán)色褪去且30秒不恢復(fù)藍(lán)色；
②若留有H₂O₂，加入KI后，會(huì)有以下反應(yīng)：H₂O₂+2I^-+2H⁺=I₂+2H₂O誤當(dāng)成2Cu²⁺+4I^-=2CuI（白色）↓+I₂ 生成的碘，使測(cè)定結(jié)果偏高，
故答案為：偏高；
（3）①向?yàn)V液中加入30%H₂O₂，使其充分反應(yīng)，目的使Fe²⁺轉(zhuǎn)化完全為Fe³⁺，滴加NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液PH約為5（或3.2≤pH＜5.9），使Fe³⁺沉淀完全，向?yàn)V液中滴加1.0mol•L^-1NaOH，調(diào)節(jié)溶液PH約為10（或8.9≤pH≤11），使Zn²⁺沉淀完全，900℃煅燒，制得氧化鋅，由除去銅的濾液制備ZnO的正確實(shí)驗(yàn)步驟依次為：⑤④①②③⑥；
故答案為：⑤④①②③⑥；
（4）常溫下K_sp[Zn（OH）₂]=1.2×10^-17，Ksp=c（Zn²⁺）•c²（OH^-），調(diào)至pH=9即氫氧根離子濃度為10^-5mol/L，使溶液中的Zn²⁺完全轉(zhuǎn)化為Zn（OH）₂沉淀，此時(shí)溶液中的c（Zn²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{1.2×1{0}^{-17}}{1{0}^{-10}}$=1.2×10^-7mol/L，故答案為：1.2×10^-7 mol•L^-1．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查實(shí)驗(yàn)室廢棄舊電池的銅帽回收銅和制備ZnO，考查學(xué)生對(duì)綜合實(shí)驗(yàn)處理能力，注意實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原理和步驟是解答的關(guān)鍵，平時(shí)注意打好扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和靈活應(yīng)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)，題目難度中等．